Engenheiros do MIT desenvolveram um alto-falante fino como papel que pode transformar qualquer superfície em uma fonte de áudio ativa.
Este alto-falante de filme fino produz som com distorção mínima enquanto usa uma fração da energia exigida por um alto-falante tradicional. O alto-falante do tamanho de uma mão que a equipe demonstrou, que pesa cerca de uma moeda de dez centavos, pode gerar som de alta qualidade, independentemente da superfície à qual o filme esteja colado.
Para alcançar essas propriedades, os pesquisadores foram pioneiros em uma técnica de fabricação enganosamente simples, que requer apenas três etapas básicas e pode ser ampliada para produzir alto-falantes ultrafinos grandes o suficiente para cobrir o interior de um automóvel ou colocar papel de parede em uma sala.
Usado dessa maneira, o alto-falante de filme fino pode fornecer cancelamento de ruído ativo em ambientes barulhentos, como a cabine de um avião, gerando som da mesma amplitude, mas fase oposta; os dois sons se anulam. O dispositivo flexível também pode ser usado para entretenimento imersivo, talvez fornecendo áudio tridimensional em um teatro ou parque temático. E como é leve e requer uma quantidade tão pequena de energia para operar, o dispositivo é adequado para aplicações em dispositivos inteligentes onde a duração da bateria é limitada.
“É incrível pegar o que parece ser uma folha de papel fina, prender dois clipes nela, conectá-la à porta de fone de ouvido do computador e começar a ouvir os sons que emanam dela. Pode ser usado em qualquer lugar. Basta um pouco de energia elétrica para operá-lo ”, diz Vladimir Bulović, presidente da Fariborz Maseeh em tecnologia emergente, líder do Laboratório de Eletrônica Orgânica e Nanoestruturada (ONE Lab), diretor do MIT.nano e autor sênior do artigo .
Bulović escreveu o artigo com o autor principal Jinchi Han, um pós-doutorando do ONE Lab, e o co-autor sênior Jeffrey Lang, professor de engenharia elétrica de Vitesse. A pesquisa foi publicada hoje na IEEE Transactions of Industrial Electronics.
Uma nova abordagem
Um alto-falante típico encontrado em fones de ouvido ou em um sistema de áudio usa entradas de corrente elétrica que passam por uma bobina de fio que gera um campo magnético, que move a membrana do alto-falante, que move o ar acima dela, que produz o som que ouvimos. Por outro lado, o novo alto-falante simplifica o design do alto-falante usando um filme fino de um material piezoelétrico moldado que se move quando a tensão é aplicada sobre ele, que move o ar acima dele e gera som.
A maioria dos alto-falantes de filme fino são projetados para serem independentes porque o filme deve dobrar livremente para produzir som. Montar esses alto-falantes em uma superfície impediria a vibração e dificultaria sua capacidade de gerar som.
Para superar esse problema, a equipe do MIT repensou o design de um alto-falante de filme fino. Em vez de fazer todo o material vibrar, seu design se baseia em pequenas cúpulas em uma fina camada de material piezoelétrico, cada uma vibrando individualmente. Essas cúpulas, cada uma com apenas alguns fios de espessura, são cercadas por camadas espaçadoras na parte superior e inferior do filme que as protegem da superfície de montagem enquanto ainda permitem que vibrem livremente. As mesmas camadas espaçadoras protegem as cúpulas contra abrasão e impacto durante o manuseio diário, aumentando a durabilidade do alto-falante.
Para construir o alto-falante, os pesquisadores usaram um laser para cortar pequenos orifícios em uma fina folha de PET, que é um tipo de plástico leve. Eles laminaram a parte inferior dessa camada perfurada de PET com um filme muito fino (de 8 mícrons) de material piezoelétrico, chamado PVDF. Em seguida, eles aplicaram vácuo acima das chapas coladas e uma fonte de calor, a 80 graus Celsius, embaixo delas.
Como a camada de PVDF é muito fina, a diferença de pressão criada pelo vácuo e pela fonte de calor fez com que ela aumentasse. O PVDF não pode abrir caminho através da camada de PET, então pequenas cúpulas se projetam em áreas onde não são bloqueadas pelo PET. Essas saliências se auto-alinham com os orifícios na camada de PET. Os pesquisadores então laminam o outro lado do PVDF com outra camada de PET para atuar como um espaçador entre as cúpulas e a superfície de ligação.
“Este é um processo muito simples e direto. Isso nos permitiria produzir esses alto-falantes com alto rendimento se os integrássemos a um processo roll-to-roll no futuro. Isso significa que pode ser fabricado em grandes quantidades, como papel de parede para cobrir paredes, carros ou interiores de aeronaves”, diz Han.
